Giáo trình Kỹ thuật tài nguyên nước: Phần 2 - PGS.TS. Ngô Văn Quận

Tiếp nội dung phần 1, Giáo trình Kỹ thuật tài nguyên nước: Phần 2 cung cấp cho người học những kiến thức như: Hệ thống phân phối nước; Thủy năng và trạm thuỷ điện; Kiểm soát hạn; Kiểm soát tiêu thoát nước; Kiểm soát lũ; tác động môi trường. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chương 5

HỆ THỐNG PHÂN PHỐI NƯỚC

Mục đích của chương này nhằm giới thiệu về hệ thống phân phối nước bao gồm

hệ thống kênh hở và đường ống có áp

5.1 HỆ THỐNG MẠNG LƯỚI KÊNH HỞ

Mạng lưới kênh hở bao gồm có hệ thống kênh tưới và hệ thống kênh tiêu

5.1.1 Bố trí hệ thống kênh tưới

Hệ thống kênh tưới làm nhiệm vụ dẫn nước tưới từ đầu mối đến mặt ruộng, đó

là hệ thống xương sống của hệ thống tưới Trong hệ thống kênh tưới có nhiều cấp, tùy quy mô hệ thống mà số cấp nhiều hay ít, nhiều nhất có thể đến 5 cấp, ít nhất cũng 2 cấp

5.1.1.1 Phân cấp hệ thống kênh tưới

Theo tiêu chuẩn TCVN-4118:2012 thì kênh tưới được phân 5 cấp (cấp công trình)

để xác định tiêu chuẩn thiết kế và các hạng mục có liên quan [53]

Bảng 5.1 Phân cấp công trình của hệ thống kênh tưới

Diện tích tưới (10 3 ha) Cấp công trình kênh

- Cấp của công trình trên kênh cũng được xác định theo bảng 5.1 Khi có kết hợp với các công trình kỹ thuật khác (giao thông, cấp nước dân dụng, công nghiệp ) thì cấp công trình trên kênh lấy theo cấp của công trình kỹ thuật nếu công trình kênh tưới có cấp thấp hơn

5.1.1.2 Ký hiệu cấp kênh

Hệ thống kênh gồm kênh chính, các kênh cấp I, các kênh nhánh cấp II, các kênh nhánh cấp III và các kênh cấp cuối cùng dẫn nước vào ô ruộng (kênh chân rết) Những ký hiệu các kênh thuộc mạng lưới kênh tưới được quy định như sau:

 Nguyên tắc bố trí

Việc bố trí kênh phụ thuộc vào nhiều yếu tố, tùy tình hình cụ thể và từng nơi mà chọn phương án bố trí cho hợp lý Nói chung khi bố trí kênh phải theo những nguyên tắc sau:

1 Kênh chính phải được bố trí ở những địa thế cao để có thể khống chế tưới tự chảy toàn khu tưới với khả năng lớn nhất Nên lợi dụng bố trí kênh trên các đường sống trâu để có thể khống chế tưới được các diện tích 2 bên kênh, giảm được chiều dài kênh

2 Khi bố trí kênh phải xét tới việc tổng hợp lợi dụng đường kênh để thỏa mãn nhu cầu của mọi ngành kinh tế và để mang lại ích lớn nhất Ví dụ: kênh tưới có thể kết hợp phát điện, vận tải thủy, cung cấp nước dân dụng, công nghiệp Trường hợp kết hợp phát điện cần bố trí để tạo thành thác nước trên kênh để khai thác năng lượng thủy điện Trường hợp kết hợp vận tải thủy hoặc cung cấp nước cấn bố trí kênh đi qua hoặc gần các trung tâm dân cư hoặc khu sản xuất công, nông nghiệp

3 Khi bố trí kênh cần xét tới các mặt có liên quan thật chặt chẽ để phát huy tác dụng của kênh và không mâu thuẫn với các mặt công tác đó

4 Khi bố trí kênh phải xét đến quy hoạch đất đai trong khu vực Mỗi loại đất, trồng một loại cây khác nhau tạo thành những vùng trồng trọt khác nhau, do đó yêu cầu về nước của mỗi vùng cũng khác nhau, việc quản lý phân phối nước cũng khác nhau Có thể kết hợp bố trí kênh theo địa giới của các vùng nói trên để phân vùng được rõ ràng như vùng trồng lúa nước, vùng trồng hoa màu, vùng trồng cây công nghiệp

- Bố trí kênh cần kết hợp chặt chẽ với các khu vực hành chính như tỉnh, huyện,

xã, các đơn vị sản xuất như nông trường, hợp tác xã, trang trại để tiện việc quản lý sản xuất nông nghiệp và phân phối nước, nếu có thể thì kết hợp bố trí tuyến kênh làm địa giới của những khu vực đó

- Bố trí kênh tưới cũng phải thực hiện một lúc với bố trí kênh tiêu để tạo thành một hệ thống kênh tưới tiêu hoàn chỉnh

- Bố trí kênh phải kết hợp chặt chẽ với đường giao thông thủy hoặc bộ, phải xét yêu cầu quốc phòng như kênh phân vùng biên giới

4 Khi bố trí kênh cấp trên cần phải tạo điều kiện tốt cho việc bố trí kênh cấp dưới

và bố trí công trình liên quan

5 Phương án bố trí phải ít vượt qua chướng ngại, ít công trình, khối lượng đào đắp nhỏ, vốn đầu tư ít, tiện thi công và quản lý

6 Cần bố trí kênh đi qua nơi có địa chất tốt để lòng kênh ổn định, không bị xói, ít ngấm nước

7 Trường hợp kênh phải lượn cong thì bán kính cong phải bảo đảm điều kiện:

R  2B, với R là bán kính cong và B là chiều rộng mặt nước kênh ở vị trí lượn cong Đối với lưu lượng kênh đạt 50m3/s thì bán kính cong có thể đạt R = 100  150m Trên đây là những nguyên tắc cần chú ý khi bố trí kênh, nhưng tùy tình hình cụ thể mà vận dụng cho thích hợp Nói chung, cần bố trí để đạt được diện tích tưới tự chảy là lớn nhất, vốn đầu tư giảm, tiện thi công và quản lý Để đạt được yêu cầu đó phải lấy ý kiến cộng đồng, tổ chức, chính quyền các địa phương trong vùng hưởng lợi để phương án lựa chọn phù hợp

5.1.1.4 Bố trí kênh mương cấp dưới (cấp III đến kênh cấp cố định cuối cùng)

Về mặt nguyên tắc, vẫn theo nguyên tắc chung đã nêu ở trên nhưng xét thêm một

số quan hệ với các đơn vị sản xuất Vì hệ thống này phục vụ trực tiếp cho các đơn vị sản xuất Do đó việc bố trí phải phù hợp với điều kiện sản xuất, tạo thuận lợi cho hoạt động trên đồng ruộng, nâng cao được năng suất lao động mà lại thỏa mãn yêu cầu tưới Vì vậy, cần xét thêm một số yêu cầu cụ thể

- Bố trí kênh mương phải kết hợp chặt chẽ với quy hoạch đất đai Cần thực hiện đồng thời với quy hoạch đất đai và bố trí luân canh Để tiện cho việc quản lý với đơn

vị sản xuất như: Hợp tác xã chỉ nên do một hoặc nhiều nhất hai kênh cung cấp nước tưới Đối với mỗi khu trồng trọt một loại cây trồng nên bố trí kênh cấp nước riêng Kênh tưới có thể cùng với kênh tiêu tạo thành địa giới vùng sản xuất Để thực hiện được giải pháp này ta cần tiến hành chuyển đổi ruộng đất trong điều kiện phân chia ruộng đất manh mún hiện nay ở nông thôn

- Phải kết hợp với việc quy hoạch bố trí hệ thống giao thông trong vùng sản xuất

ở thôn, xã và các đơn vị sản xuất như các trang trại Trong hệ thống nội đồng thường

có mấy loại đường giao thông như hệ thống đường quản lý kênh mương, công trình thủy lợi nội đồng, đường cho các phương tiện cơ giới nông nghiệp hoạt động sản xuất Các loại đường này tùy yêu cầu và điều kiện cụ thể có thể bố trí kết hợp hoặc độc lập, dựa vào tiêu chuẩn thiết kế để xác định chiều rộng mặt đường và chất lượng vật liệu của đường

- Kết hợp với việc trồng cây gây rừng: Trồng cây hiện là vấn đề quan trọng, cần chú ý phát triển nhằm tạo cảnh quan môi trường, bảo đảm môi trường không khí, đất, giảm tác động tiêu cực của thiên nhiên đối với môi trường trồng trọt như giảm ảnh hưởng của gió đến bốc thoát hơi nước mặt ruộng của cây trồng, chống đổ cây, giữ ổn định bờ, đường, hạ thấp mực nước ngầm Để giảm tác dụng của gió, người

ta phải nghiên cứu hướng gió thịnh hành từng thời kỳ trong năm để bố trí hàng cây thẳng góc với hướng gió Theo kinh nghiệm thì rừng cây có thể giảm từ 20  60%

tốc độ gió, giảm từ 10  40% lượng bốc hơi, từ đấy có thể tăng sản lượng từ 20  40% Mặt khác cây xanh là yếu tố quan trọng trong việc giảm thiểu ô nhiễm môi trường không những ở nông thôn mà các đô thị cũng đang thực hiện tích cực

5.1.2 Bố trí hệ thống kênh tiêu

Do đặc điểm khí hậu nước ta là nắng lắm, mưa nhiều, hết hạn lại úng Do đó, các

hệ thống thủy lợi của nước ta luôn phải đảm bảo 2 chức năng tưới và tiêu Vì vậy, ngoài kênh tưới đảm bảo dẫn nước từ nguồn vào khu tưới để cấp nước cho cây trồng khi thiếu nước, còn phải bố trí hệ thống kênh tiêu để rút nước từ hệ thống tưới ra khu nhận nước, bảo đảm chế độ nước tốt nhất cho cây trồng và các yêu cầu tiêu thoát nước khác trong vùng

5.1.2.1 Nhiệm vụ của hệ thống kênh tiêu

- Có đủ khả năng tiếp nhận toàn bộ lượng nước từ hệ thống điều tiết mặt ruộng chuyển ra khu trữ nước, bảo đảm đồng ruộng không bị ngập úng

- Tháo khô nước trong kênh tưới khi cần sửa chữa kênh hay sửa các công trình trên kênh, hoặc tháo nước trong kênh tưới khi có biến cố xảy ra để bảo đảm an toàn cho kênh

- Trong điều kiện cụ thể của từng vùng, do yêu cầu cần thiết và ở mức độ nhất định hệ thống kênh tiêu sẽ làm nhiệm vụ trữ nước chống hạn khi thiếu nước

- Điều tiết chế độ nước ngầm trong mặt ruộng đối với các vùng trồng cây trồng cạn, để bảo đảm độ ẩm thích hợp cho cây

5.1.2.2 Cấu tạo của hệ thống tiêu trong khu tưới

Hệ thống tiêu bao gồm:

- Hệ thống kênh điều tiết nước và chuyển nước từ mặt ruộng ra đến khu nhận nước (sông, ngòi, hồ, biển ) Số cấp kênh tiêu sẽ bố trí song song các cấp kênh tưới nhưng chiều chuyển nước khác nhau

- Kênh chắn nước ngoại lai để chống tràn của nước mưa từ đồi núi chảy về hoặc nước từ các vùng khác chảy vào vùng tưới

- Các khu chứa nước tiêu nhận nước tiêu từ hệ thống kênh tiêu rút ra như sông, ngòi, ao, hồ

5.1.2.3 Bố trí hệ thống kênh tiêu

Tùy theo đặc điểm từng vùng tiêu mà việc bố trí hệ thống kênh có đặc điểm riêng nhất định nhằm thỏa mãn yêu cầu tiêu nước của từng vùng

Nguyên tắc chung cần được xem xét khi bố trí hệ thống kênh tiêu:

- Kênh tiêu phải bố trí ở nơi thấp nhất để có thể tiêu tự chảy cho đất đai trong vùng

- Kênh tiêu phải ngắn để tiêu nước nhanh và khối lượng công trình nhỏ

- Hệ thống kênh tiêu phải phối hợp chặt chẽ với các hệ thống khác như: Hệ thống tưới, hệ thống giao thông và cần triệt để tận dụng sông ngòi sẵn có làm hệ thống kênh tiêu để giảm vốn đầu tư

- Phải chú ý tổng hợp lợi dụng kênh tiêu, triệt để sử dụng nguồn nước tháo khỏi kênh tiêu (tái sử dụng được tính vào phần nước hồi quy)

- Giữa kênh tưới và kênh tiêu có thể bố trí kề liền (hai kênh ba bờ) hoặc cách nhau tùy điều kiện địa hình cụ thể Đối với vùng bằng phẳng thường bố trí cách nhau sẽ giảm được mật độ kênh trên hệ thống, giảm vốn đầu tư

- Các kênh tiêu cấp dưới nối tiếp với kênh tiêu cấp trên (theo quy mô), góc nối tiếp tốt nhất là 45  60 để nước chảy thuận lợi, khi không nối tiếp có thể thẳng góc

- Kênh tiêu phải lượn vòng thì bán kính cong cần phải thỏa mãn yêu cầu sau:

Rmin = 100R1,5 hoặc Rmin = 10B trong đó:

R - bán kính thủy lực của kênh tại đoạn uốn cong (m);

B - chiều rộng mặt nước kênh tại đoạn cong (m)

Nói chung hệ thống tiêu trong khu tưới có thể:

- Khi tiêu tự chảy thì bố trí cửa tiêu phân tán theo đường tiêu ngắn nhất

- Khi ít có khả năng tự chảy thì bố trí tập trung về một cửa để bơm ra khu nhận nước

5.1.3 Bố trí mạng lưới giao thông và cây chắn gió

Khi xây dựng quy hoạch thủy lợi phải kết hợp chặt chẽ với hệ thống giao thông

để tạo thuận lợi cho quản lý khai thác, không gây mâu thuẫn và trở ngại lẫn nhau Mạng lưới giao thông trong hệ thống gồm giao thông thủy và giao thông bộ Trên các tuyến đường thường trồng cây chắn gió, tạo cảnh quan bảo vệ môi trường, tạo bóng mát đi lại, tạo thêm được nguồn gỗ cho dân sinh

- Đường xe cải tiến

- Đường cho người và trâu bò đi lại

 Đường ô tô và máy móc cơ giới nông nghiệp:

Để phục vụ cho vận chuyển vật liệu xây dựng, sản phẩm nông nghiệp và vật tư phục vụ nông nghiệp trong hệ thống ta phải bố trí loại đường này Hiện nay, cơ giới hóa trong nông thôn đang phát triển mạnh, ngoài loại máy cày cỡ lớn, các loại máy nhỏ đang phát triển đến từng hộ sản xuất

Đường xe cơ giới được bố trí trên bờ kênh các cấp Chiều rộng mặt đường phải thích hợp cho các loại xe cơ giới, có thể đạt 3,5m, tùy cấp đường và nền đường được thiết kế theo tiêu chuẩn đường nông thôn Hệ thống đường này được nối với hệ thống đường thôn, xã, huyện

Quan hệ giữa đường với kênh tưới, kênh tiêu có 3 hình thức bố trí:

- Cách thứ nhất: Đường bố trí ở phía thấp của ruộng và ở giữa kênh tưới và kênh tiêu Như vậy đường có thể dùng cho sản xuất và quản lý kênh mương, nhưng máy móc phải vượt qua kênh tiêu vào ruộng, phải làm cầu vượt (hình 5.2)

- Cách thứ hai: Đường bố trí ngoài kênh tiêu về phía ruộng, có nghĩa là kênh tiêu nằm giữa đường và kênh tưới Như vậy, máy móc cơ giới vào ruộng không phải vượt kênh tiêu, không cần cầu vượt nhưng vì kênh tiêu sát kênh tưới, chịu ảnh hưởng nước bờ kênh tưới nên dễ bị sạt lở Đường phải vượt quan nhiều mương tiêu nhỏ, phải làm nhiều cống ngầm

- Cách thứ ba: Đường được bố trí phía bờ cao của ruộng sát kênh tưới Như vậy đường nằm ở phía ít bị ngập úng Có thể phối hợp làm đường quản lý kênh mương, công trình Nhưng đường phải vượt qua cống kênh tưới vào ruộng (hình 5.4):

Đường

Mặt cắt A - A

2015

A

20 15

10

Đường

Mặt cắt A - A Đường

Hình 5.3 Cách bố trí thứ hai

20 15

Hình 5.4 Cách bố trí thứ ba

 Đường xe cải tiến:

Để vận chuyển giống, phân bón, nông sản phẩm giữa ruộng với đường ô tô máy công cụ, do đó cần thiết phải bố trí loại đường này

Đường xe cải tiến thường bố trí men theo bờ kênh cố định cấp cuối cùng Mặt đường có thể rộng từ 1,2  1,5m

 Đường cho người và trâu bò đi lại:

Đường này chính là bờ thửa ruộng cấp cuối cùng Chiều rộng mặt đường thường chọn 0,4  0,6m

Đường này dùng để người đi lại chăm sóc và vận chuyển nông sản phẩm thu hoạch, vận chuyển ra xe cải tiến

Tùy tình hình cụ thể mà ta nghiên cứu bố trí các loại đường trên cho phù hợp với sản xuất với vốn đầu tư là ít nhất, nông dân dễ dàng đầu tư xây dựng

5.1.3.2 Đường thủy

Những vùng thấp, trũng yêu cầu tiêu úng lớn hoặc lợi dụng các kênh rạch sẵn có làm kênh tiêu, các kênh này thường có mặt cắt ngang rộng và sâu Do vậy, có thể kết hợp làm đường vận tải thủy để vận chuyển nông sản phẩm, phân bón từ làng ra đồng rất thuận tiện Cụ thể các vùng Hải Dương, Hưng Yên, Hà Nam, Ninh Bình, các vùng Duyên hải, vùng Đồng bằng sông Cửu Long Tùy điều kiện cụ thể mà có thể dùng các loại thuyền, xuồng có gắn động cơ như ở Đồng bằng Nam Bộ, khai thác rất hiệu quả hệ thống kênh rạch này

Khi sử dụng hệ thống kênh tiêu làm đường vận tải thủy cần chú ý bảo vệ môi trường, chống ô nhiễm do phân bón, rác thải khi nông dân vận chuyển, bốc dỡ

5.1.4 Bố trí công trình trên kênh

5.1.4.1 Cống lấy nước, phân phối tiêu tháo nước và điều tiết nước

- Cống lấy phân phối nước, được bố trí đầu các cấp kênh để thực hiện lấy nước vào kênh để phân phối nước cho kênh cấp dưới Loại cống này có thể là cống hở hoặc cống ngầm Theo kinh nghiệm của dự án ADB thì ở kênh cấp trên thường dùng loại cống hở, còn kênh cấp dưới thường dùng cống ngầm dưới bờ kênh để bảo đảm điều tiết ổn định lưu lượng

- Cống tiêu tháo nước thường được bố trí cuối kênh tưới (để tháo nước dư thừa trong kênh hoặc trữ nước khi cần thiết) hoặc cuối các kênh tiêu để tháo nước ra khu nhận nước tiêu như sông, suối, hồ

- Cống điều tiết thường được bố trí trên kênh chính, sau cửa lấy nước vào kênh nhánh để điều tiết mực nước khi cần thiết và khống chế nguồn nước khi phải tưới luân phiên Loại cống này thường là cống hở

5.1.4.2 Cầu máng

Cầu máng là công trình chuyển tiếp nước khi kênh tưới phải vượt sông, kênh, bãi trũng, đường xá khi áp dụng các công trình khác nhau không thích hợp

 Hình dạng kết cấu của cầu máng

Cầu máng gồm ba bộ phận chính: Cửa vào, cửa ra, thân máng và bộ phận giá

đỡ máng

- Cửa vào, cửa ra của máng nên có đoạn biến đổi dần Chiều dài đoạn biến đổi dần thường lấy bằng 1,5  2 lần và 2,5  3 lần hiệu số chiều rộng mặt nước kênh và cầu máng Đối với máng lớn nên thông qua thí nghiệm mô hình để xác định

- Bên một bờ kênh trước cửa vào nên bố trí cống hoặc tràn xả nước

- Mặt cắt ngang của cầu máng nên áp dụng dạng hình chữ nhật hoặc chữ U Khi nước chứa đầy trong cầu máng dạng dầm xà, tỷ số giữa chiều sâu và chiều rộng mặt nước với dạng mặt cắt chữ nhật lấy bằng 0,6  0,5, với dạng mặt cắt chữ U thì lấy bằng 0,7  0,9 Cầu máng dạng vòm có thể giảm theo tỷ lệ thích đáng Lưu tốc bình quân trong máng khống chế 1  2m/s

- Thân cầu máng đổ bê tông cốt thép tại chỗ nên căn cứ hình thức giá đỡ dọc để phân đoạn Ở chỗ nối tiếp cầu máng với kênh, thân máng và các trụ đỡ của cầu máng hình vòm nên bố trí khe co dãn Khoảng cách các khe co dãn dạng xà dầm của thân máng thường lấy bằng 5  20m, khe co dãn cầu máng dạng vòm thì căn cứ vào chiều dài nhịp để bố trí, thường lấy 1 1

3 4 chiều dài nhịp Trong khe co dãn thì nhét vật liệu chống rò rỉ nước

- Kết cấu giá đỡ cầu máng có thể căn cứ vào địa hình, địa chất, chiều dài nhịp, độ cao, vật liệu địa phương và điều kiện thi công để quyết định trụ đỡ, giá đỡ, dạng vòm, dạng treo hoặc dạng kéo nghiêng Khi sử dụng kết cấu vòm, chiều dài nhịp vòm chính là 30  40m, tỷ số nhịp hẹp lấy 1 1

3 8 , tỷ số nhịp rộng lấy nhỏ hơn 1

20

- Khi kết cấu cầu máng làm đường giao thông việc bố trí thân máng phải thỏa mãn yêu cầu giao thông Khi cầu máng vượt qua sông, đường bộ, đường sắt, khoảng không tĩnh dưới cầu máng phải thỏa mãn yêu cầu giao thông thủy bộ

- Móng của cầu máng cần căn cứ vào điều kiện địa chất, tải trọng bên trên, ảnh hưởng xói lở của dòng chảy có thể chọn móng cứng, móng mềm, móng cọc hoặc móng giếng chìm Trong tình hình có xói lở do dòng chảy, đáy móng cầu máng nên chôn ở dưới đường xói do lũ 2m

- Cầu máng mỏng bằng xi măng lưới thép, thân máng dạng vỏ hình trụ Mặt cắt

có dạng bán nguyệt, parabol, elip hoặc chữ U Trong dạng chữ U có thanh giằng ưu điểm hơn cả Vật liệu cấu tạo móng là các lớp lưới thép, ngoài trát vữa xi măng mác

400  500, cả cốt thép và lớp áo dày 2  3cm Loại vật liệu này cũng tốt như bê tông cốt thép nhưng thân máng nhẹ hơn Do đó cầu máng xi măng lưới thép có nhiều ưu điểm có thể phát triển sử dụng trong hệ thống thủy lợi

5.1.4.3 Xi phông ngược

Khi kênh tưới chạy qua sông ngòi, kênh tiêu, vùng trũng, đường xá mà áp dụng công trình khác không thích hợp thì có thể sử dụng xi phông ngược

 Cấu tạo xi phông ngược

Xi phông nên bố trí ở chỗ địa hình tương đối bằng phẳng, nên tránh những đoạn

có thể sản sinh trượt, sạt lở và điều kiện địa chất không tốt

Đường trục của xi phông nên trực giao với đường trung tâm của sông ngòi, kênh mương, đường xá Cửa vào và ra nên nối tiếp êm thuận với kênh thượng lưu và hạ lưu Ở cửa vào ra của xi phông nên bố trí đoạn co dãn dần, chiều dài của nó phân biệt lấy (3  5) lần và (4  6) lần chiều sâu mực nước thiết kế của kênh thượng hạ lưu Đoạn co dãn dần ở cửa vào xi phông cấp I đến cấp III có dạng kín, ở cửa ra vào nên bố trí cửa van để khống chế, đoạn co dãn dần ở cửa ra có thể kết hợp bố trí tiêu năng, đoạn kênh phía dưới nên lát 3  5m

Xi phông dạng chôn dưới đất nên chôn sâu 0,3  0,5m, khi xuyên qua kênh mương, đường xá nên chôn sâu dưới kênh mương hoặc dưới mặt đường 1m

Mặt cắt ngang của xi phông nên áp dụng dạng tròn, khi lưu lượng lớn, đầu nước thấp cũng có thể sử dụng dạng chữ nhật

Hình 5.5 Cấu tạo chi tiết của xi phông

Vật liệu xây dựng xi phông có thể sử dụng bê tông, bê tông cốt thép, ống bê tông bọc thép, ống sợi thủy tinh hoặc ống gang Chiều dày ống nên căn cứ vào cột nước

áp lực, đường kính ống, ứng lực cho phép của vật liệu ống mà tính toán xác định Khi xi phông thông qua lưu lượng thiết kế nên căn cứ tổn thất cho phép thượng

hạ lưu, hàm lượng bùn cát, thành phần hạt và chống sản sinh bồi lắng để quyết định, thường khống chế ở mức 1,5  2,5m/s

Việc phân đoạn của xi phông bê tông cốt thép đổ tại chỗ nên căn cứ điều kiện móng, thi công các đoạn, đoạn mút cuối cùng cửa ra nên để khe co dãn và lún sụt, cự

ly các khe trên nền đất lấy 15  20m, trên nền đá lấy 10  15m, trong khe nhét vật liệu chống rò rỉ nước

Xi phông dạng chôn ngầm dưới đất nên sử dụng giá đỡ bằng bê tông hoặc đá xây Góc bao của nó lấy 90  130 Xi phông cấp IV đến cấp V có thể giải nền bằng đá dăm cuội sỏi hoặc đất xốp đầm nện

Trong trường hợp lưu lượng lớn có thể làm hai hoặc ba ống dẫn Như vậy sẽ tiện lợi cho việc sửa chữa không phải ngừng cấp nước

Hình 5.6 Các kiểu xi phông:

a) Mái thoải; b) Giếng đứng

5.1.4.4 Cống luồn

a) Vị trí:

Khi kênh nổi vượt qua kênh, khu trũng hoặc đường xá hoặc xuyên qua đê, có thể

bố trí cống luồn dưới kênh, dưới đê hoặc dưới đường

Mặt cắt ngang của cống có thể dùng hình tròn, hình chữ nhật Mặt cắt ngang cống luồn lộ thiên hoặc cống qua đường có thể sử dụng dạng vòm

Vật liệu xây cống có thể là bê tông, bê tông cốt thép, đá xây Đường kính cống tròn thường lấy 0,5  1,5m, cống chữ nhật, hình hộp có thể lấy chiều rộng 2  3m, tỷ

số khẩu độ kẹp của cống vòm lấy

8

12

Chiều dày đất đắp trên đỉnh cống nên căn cứ vào điều kiện thi công, nhiệt độ…

để xác định Chỗ nối tiếp giữa các đoạn cửa vào ra nên bố trí khe co dãn lún Khoảng cách giữa các khe không nên lớn hơn 10m và không nên nhỏ hơn hai lần chiều cao cống Trong khe nhét vật liệu chống rò rỉ nước

Cống nên bố trí trụ đỡ bê tông hoặc đá xây, góc bao trụ có thể lấy 90  135 Cống cấp IV, cấp V có thể đặt trực tiếp trên nền đất nguyên thổ phân lớp đầm chặt hoặc nền móng đá dăm khi gặp đất mềm

Khi cống có yêu cầu khống chế mực nước tưới tiêu hoặc chống nước ngoại lai xâm nhập cần lắp van cửa ra hoặc cửa vào

5.1.4.5 Bậc nước và dốc nước

Khi kênh tưới hoặc kênh tiêu vượt qua đoạn dốc có thể bố trí bậc nước hoặc dốc nước

 Cấu tạo bậc nước và dốc nước:

Hình thức bậc nước và dốc nước nên căn cứ vào điều kiện địa hình, địa chất mà xác định Khi độ chênh  5m có thể dùng bậc nước đơn cấp hoặc dốc nước đơn cấp Khi

độ chênh > 5m dùng loại đơn cấp không kinh tế, do đó có thể dùng loại nhiều cấp Trước miệng bậc nên bố trí đoạn thu hẹp hoặc mở rộng nối tiếp với kênh tưới hoặc kênh tiêu Chiều dài L0 của nó sẽ căn cứ vào tỷ số của chiều rộng mặt nước và chiều sâu mực nước của kênh thượng lưu mà xác định Khi 2,0

Miệng bậc có thể dùng hình chữ nhật, hình thang hoặc hình bậc tràn Khi lưu

lượng của kênh thay đổi rất nhỏ hoặc phải bố trí cửa van khống chế thì có thể dùng

miệng chữ nhật, trên kênh nước sạch có thể dùng miệng dạng bậc tràn Khi lưu

lượng thay đổi lớn hoặc thay đổi phức tạp thì nên áp dụng dạng bậc thang Tường

bậc nước thường áp dụng dạng trọng lực

Mặt cắt ngang bể tiêu năng có thể áp dụng dạng hình chữ nhật, bậc thang hoặc

dạng gấp khúc

Bậc nước có nhiều cấp có thể dựa vào độ sụt mặt nước bằng nhau để phân cấp,

cao độ mỗi cấp không nên lớn hơn 5m

Dốc nước nên áp dụng dạng chiều rộng đáy bằng nhau Khi bị hạn chế bởi các

điều kiện khác có thể áp dụng dạng thay đổi chiều rộng đáy phần khuyếch tán hoặc

thu hẹp của đáy đầu mút của máng dốc Khi độ chênh của bậc bằng 2,5  5,0m mà

áp dụng tiêu năng bằng thay đổi chiều rộng đáy không hiệu quả thì cũng có thể áp

dụng dạng con thoi đoạn trên máng dốc phần đáy khuyếch tán đoạn dưới thu hẹp

Góc mở rộng phần đáy nên lấy 5  7, góc thu hẹp lấy 10  15

Độ dốc đáy máng có thể lấy

5

12

1  nhưng góc nghiêng của dốc nước phải  góc

ma sát sụt của nền

Khi dốc nước tương đối lớn, lưu tốc trong máng dẫn lớn hơn 10m/s, việc xác định

độ cao tường bên nên xét đến ảnh hưởng của khí hòa tan đến chiều sâu nước Khi

lưu tốc trong máng là 10  20m/s, chiều sâu nước có hòa tan khí sẽ xác định theo hệ

h - chiều sâu nước trong máng chưa tính đến khí hòa tan (m)

Máng dốc cứ cách 5  20m bố trí khe co dãn, dưới bản đáy dưới khe co dãn nên

bố trí tường răng cưa, trong khe nên nhồi vật liệu chống rò rỉ

Phía sau bể tiêu năng của bậc nước, sau máng dốc của dốc nước nên bố trí dốc

ngược 1:3  1:5 Đồng thời áp dụng biện pháp nối tiếp, đoạn nối tiếp và đoạn chỉnh

dòng không nên nhỏ hơn 3h (h - chiều sâu kênh tưới hoặc kênh tiêu phía dưới) mặt

cắt của nó bằng mặt cắt kênh tưới, tiêu phía dưới

Hình 5.7 Bậc nước

Hình 5.8 Dốc nước 5.1.4.6 Tràn bên

Tràn bên là đập tràn đặt dọc bên bờ kênh tưới Khi mực nước trong kênh dâng quá cao, nước sẽ tràn qua tràn bên xuống kênh tiêu ở phía hạ lưu đập, nhằm đảm bảo

an toàn cho kênh tưới và các công trình trên kênh

Nước trong kênh dâng cao thường do mấy nguyên nhân sau:

- Cống lấy nước vào kênh bị hỏng, nước vào kênh quá nhiều

- Nước mưa, lũ ở những lưu vực nhỏ hai bên kênh chảy vào trong kênh như nước

từ trên sườn dốc chảy xuống khi kênh tưới được bố trí men theo chân dốc

- Kênh điều tiết đầu kênh đã mở, nhưng cống điều tiết cuối kênh hoặc các cống lấy nước trên kênh mở chậm hoặc mở nhỏ

Để đảm bảo an toàn cho kênh và công trình trên kênh, cửa tràn thường đặt ở những vị trí sau:

- Phía hạ lưu cống lấy nước đầu kênh hoặc cuối đoạn chuyển nước của kênh chính

- Phía thượng lưu đoạn kênh xung yếu như đoạn kênh đắp nổi, đất xốp, dễ lở hoặc đoạn kênh leo men sườn dốc

- Phía thượng lưu những công trình xung yếu như cầu máng, cống luồn hoặc nút công trình phân phối nước

- Cuối đoạn kênh có nước mưa lũ chảy vào

Khi dùng tràn bên để tháo lượng nước mưa lũ chảy vào kênh thì lưu lượng qua tràn bên lấy bằng lưu lượng mưa lũ chảy vào kênh đó Trong trường hợp này cần có

xử lý lắng đọng bùn cát trong kênh và tràn bên phải tháo được lưu lượng mưa lũ

Cần chú ý: Chỉ làm tràn bên để tháo nước mưa lũ chảy vào kênh khi địa hình

không cho phép làm cống tiêu nước cắt qua kênh và lưu vực tập trung nước mưa nhỏ

5.1.5 Tính toán lưu lượng trên kênh tưới

Cách tính toán các loại lưu lượng trên hệ thống kênh tưới đã được trình bày ở mục 4.2.2 (chương 4)

5.2 HỆ THỐNG MẠNG LƯỚI CẤP NƯỚC BẰNG ĐƯỜNG ỐNG

5.2.1 Các thành phần cơ bản của hệ thống cấp nước và chức năng của các công trình trong hệ thống

Hệ thống cấp nước là một tổ hợp các công trình và các thiết bị, làm nhiệm vụ thu nhận nước từ nguồn, làm sạch nước, điều hòa, dự trữ, vận chuyển và phân phối nước đến các nơi tiêu thụ Hệ thống cấp nước bao gồm rất nhiều công trình với các chức năng làm việc khác nhau được bố trí hợp lý theo các thành phần liên hoàn, nhằm đáp ứng mọi yêu cầu và quy mô dùng nước của các đối tượng

Thông thường, một hệ thống cấp nước bao gồm các công trình chức năng như sau:

5.2.1.1 Công trình thu nước

Công trình thu nước dùng để lấy nước từ nguồn nước được lựa chọn Nguồn nước có thể là nước mặt (sông, hồ, suối ) hay nước ngầm (mạch nông, mạch sâu, có áp hoặc không áp) Trong thực tế các nguồn nước được sử dụng phổ biến nhất là: nước sông, hồ, nước ngầm mạch sâu, dùng để cung cấp cho ăn uống sinh hoạt và công nghiệp

Công trình thu nước mặt có thể là gần bờ hoặc xa bờ, kết hợp hoặc riêng biệt, cố định hay tạm thời Công trình thu nước sông hoặc hồ có thể dùng cửa thu hoặc ống

tự chảy, ống xi phông hoặc cá biệt có trường hợp chỉ dùng cửa thu và ống tự chảy đến trạm xử lý khi mức nước ở nguồn cao hơn cao độ ở trạm xử lý (ví dụ như nhà máy nước thị xã Hoà Bình lấy nước từ hồ chứa Hoà Bình) Công trình thu nước ngầm có thể là giếng khoan, công trình thu nước dạng nằm ngang hay giếng khơi

5.2.1.2 Trạm bơm cấp nước

Các trạm bơm cấp nước bao gồm trạm bơm cấp I và trạm bơm cấp II

- Trạm bơm cấp I (hay còn gọi là trạm bơm nước thô) dùng để đưa nước từ công trình thu nước lên công trình làm sạch Trạm bơm cấp I thường đặt riêng biệt bên

ngoài trạm xử lý nước, có trường hợp lấy nước từ xa, khoảng cách đến trạm xử lý có thể tới vài km thậm chí hàng chục km Trường hợp sử dụng nguồn nước mặt, trạm bơm cấp I có thể kết hợp với công trình thu nước hoặc xây dựng riêng biệt Khi sử dụng nước ngầm, trạm bơm cấp I thường là các máy bơm chìm có cột nước cao, bơm nước từ giếng khoan tới trạm xử lý

- Trạm bơm cấp II (hay còn gọi là trạm bơm nước sạch) bơm nước từ bể chứa nước sạch vào mạng lưới cấp nước Hoặc cũng có thể là trạm bơm tăng áp để nâng

áp suất dòng chảy trong mạng lưới cấp nước để dẫn đến các hộ tiêu dùng

5.2.1.3 Các công trình làm sạch hoặc xử lý nước

Các công trình xử lý nước có nhiệm vụ loại bỏ các tạp chất có hại, các độc tố, vi khuẩn, vi trùng ra khỏi nước Các công trình làm sạch nước gồm có bể trộn, bể phản ứng, bể lắng, bể lọc, giàn mưa, thùng quạt gió, bể lắng tiếp xúc Ngoài ra, trong dây chuyền công nghệ xử lý nước còn có thể có một số công trình xử lý đặc biệt khác tùy theo chất lượng nước nguồn và chất lượng nước yêu cầu

5.2.1.4 Các công trình điều hòa và dự trữ nước

Các công trình điều hoà nước gồm bể chứa nước sạch và đài nước

- Bể chứa nước sạch làm nhiệm vụ điều hòa nước giữa trạm bơm cấp I và cấp II,

dự trữ một lượng nước cho chữa cháy và cho bản thân trạm xử lý nước Bể chứa nước sạch và trạm bơm cấp II thường đặt trong trạm xử lý

- Đài nước làm nhiệm vụ điều hòa lưu lượng nước giữa trạm bơm cấp II và mạng

lưới cấp nước, ngoài ra còn dự trữ một lượng nước chữa cháy trong thời gian đầu (thường lấy là 10 phút) khi xảy ra đám cháy Ngoài ra đài nước ở trên cao còn làm nhiệm vụ tạo áp suất cung cấp nước cho mạng lưới cấp nước

5.2.1.5 Mạng lưới đường ống

Mạng lưới đường ống phân phối nước làm nhiệm vụ phân phối và dẫn nước đến các hộ tiêu thụ Mạng lưới đường ống phân phối có thể được phân cấp thành mạng cấp I là mạng truyền dẫn, mạng cấp II là mạng phân phối và mạng cấp III là mạng đấu nối với các ống cấp vào nhà Mạng lưới đường ống được phân thành ba cấp như trên để đảm bảo việc phân phối và quản lý tốt mạng lưới, giảm thất thoát nước trên mạng lưới Có những mạng lưới không tuân theo cách cấu tạo trên, cho phép hộ tiêu dùng lấy nước trực tiếp từ mạng truyền dẫn bằng chi tiết nối là đai khởi thủy

Mạng lưới cấp nước có thể chia thành hai loại: mạng lưới cụt và mạng lưới vòng, hoặc có thể là mạng lưới kết hợp của hai loại trên Cụ thể là:

- Mạng lưới cụt (mạng nhánh) thường dùng cho các đối tượng cấp nước tạm thời

như cấp nước cho công trường xây dựng hoặc các vùng nông thôn, thị trấn có quy

mô nhỏ, vùng đô thị đang phát triển mà chưa hoàn chỉnh về quy hoạch

- Mạng lưới vòng dùng cho các đối tượng cấp nước quy mô lớn, thành phố có quy

hoạch đã ổn định

- Mạng lưới kết hợp giữa hai loại trên dùng cho các thành phố, thị xã đang phát

triển Đối với khu trung tâm đã có quy hoạch ổn định, hệ thống hạ tầng đã hoàn chỉnh thì lắp đặt mạng lưới vòng; còn đối với khu vực đang phát triển thì lắp đặt mạng lưới cụt để đến khi hệ thống hạ tầng đã tương đối hoàn chỉnh thì nối thêm các ống để tạo thành mạng vòng

Trong thực tế cấp nước thường sử dụng hai loại sơ đồ mạng lưới cấp nước là mạng lưới phân nhánh hay mạng lưới cụt (hình 5.10) và mạng lưới vòng (hình 5.11)

Hình 5.10 Mạng phân nhánh Hình 5.11 Mạng vòng

Nguyên tắc làm việc của mạng lưới cụt (hay phân nhánh) là chỉ cho nước chảy đến một điểm nào đấy theo một chiều nhất định và kết thúc tại các đầu nút của các tuyến ống Vì vậy, nếu một chỗ nào đó trên đường ống bị hỏng toàn bộ khu vực phía sau (theo hướng nước chảy) bị mất nước, tức là mức độ an toàn thấp Song mạng lưới cụt lại có ưu điểm là tổng chiều dài ngắn, do đó chi phí xây dựng mạng lưới rẻ Mạng lưới cụt thường áp dụng cho các thị trấn nhỏ, các vùng nông thôn những đối tượng dùng nước tạm thời (như công trường xây dựng); nói chung là những đối tượng có thể cho phép ngừng cấp nước trong một thời gian nhất định đủ để sửa chữa những chỗ hư hỏng trên đường ống hay để tẩy rửa đường ống khi cần thiết

Mạng lưới vòng có thể cung cấp nước tới một điểm nào đó bằng hai hay nhiều đường khác nhau Các tuyến ống của mạng lưới vòng đều liên hệ với nhau tạo thành các vòng khép kín liên tục, cho nên đảm bảo cung cấp nước an toàn và như thế tất

nhiên sẽ tốn nhiều đường ống hơn, dẫn đến chi phí xây dựng sẽ đắt hơn mạng lưới cụt Trong mạng lưới vòng khi có sự cố xảy ra hay ngắt một đoạn ống nào đấy để sửa chữa thì nước vẫn có thể theo một đường ống khác song song với đoạn ống bị sự

cố để cấp cho các điểm dùng nước phía sau Khi lấy nước, chỉ những đối tượng nằm

kề ngay lối vào đoạn ống phải sửa chữa mới bị cắt nước Ngoài ra, mạng lưới vòng còn có ưu điểm là có thể giảm bớt được đáng kể tác hại của hiện tượng nước va Do những ưu điểm trên, mạng lưới vòng được áp dụng rộng rãi trong cấp nước thành phố, khu công nghiệp, nhà máy xí nghiệp Nói chung là mạng lưới vòng được áp dụng cho những nơi yêu cầu cấp nước liên tục và an toàn cao

5.2.1.6 Sơ đồ tổng quát các công trình trong hệ thống cấp nước

Các công trình đơn vị trong hệ thống cấp nước được bố trí theo trình tự của một

sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp nước, theo như hình 5.12 và hình 5.13 dưới đây, trong đó hình 5.12 thể hiện cho trường hợp hệ thống cấp nước dùng nguồn nước ngầm và hình 5.13 là cho hệ thống cấp nước dùng nguồn nước mặt

Hình 5.12 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước ngầm:

1- Giếng và trạm bơm giếng; 2- Ống dẫn nước thô; 3- Các công trình khử sắt; 4- Bể chứa nước sạch; 5- Trạm bơm cấp II; 6- Đường ống truyền dẫn;

7- Đài nước; 8- Mạng lưới cấp nước

Trên hình 5.12 và 5.13 là sơ đồ tổng quát của hệ thống cấp nước đô thị Trong thực tế, cùng một loại nước mặt hay nước ngầm, tùy theo chất lượng của nước nguồn, điều kiện địa hình và điều kiện kinh tế mà trong sơ đồ hệ thống cấp nước có thể phải thêm hoặc bớt một số công trình đơn vị

Ví dụ, một số nguồn nước có chất lượng tốt đạt tiêu chuẩn nước ăn uống, sinh hoạt thì không phải xây dựng trạm xử lí Khi khu xử lý đặt ở những vị trí cao, đảm bảo đủ áp suất phân phối cho khu dân cư, thì không cần xây dựng trạm bơm cấp II

mà áp dụng mạng lưới cấp nước tự chảy Nếu có điều kiện đặt đài nước trên núi, đồi cao dưới dạng bể chứa tạo áp, thì đài không phải xây chân và sẽ kinh tế hơn nhiều

Một số nguồn nước có hàm lượng cặn quá cao (trên 2.500mg/l) thì phải xây dựng

thêm công trình xử lý sơ bộ trước hệ thống cấp nước nói trên

Hình 5.13 Sơ đồ hệ thống cấp nước dùng nguồn nước sông:

1- Trạm bơm cấp I và công trình thu nước; 2- Bể lắng; 3- Bể lọc; 4- Bể chứa nước sạch;

5- Trạm bơm cấp II; 6- Đài nước; 7- Đường ống truyền dẫn; 8- Mạng lưới cấp nước

5.2.2 Phân loại hệ thống cấp nước

Dựa vào các tiêu chí khác nhau, hệ thống cấp nước có thể được phân loại theo: đối tượng phục vụ, chức năng phục vụ, phương pháp sử dụng nguồn cung cấp nước, phương pháp vận chuyển nước, phương pháp chữa cháy và phạm vi phục vụ Có thể chia hệ thống cấp nước ra các loại như sau:

5.2.2.1 Theo đối tượng phục vụ

- Hệ thống cấp nước dân cư, bao gồm hệ thống cấp nước cho các thành phố, thị

xã, thị trấn, thị tứ, nông thôn

- Hệ thống cấp nước công nghiệp, bao gồm hệ thống cung cấp nước cho các nhà

máy, xí nghiệp, khu chế xuất

- Hệ thống cấp nước nông nghiệp, bao gồm cho chăn nuôi, tiểu thủ công nghiệp,…

- Hệ thống cấp nước đường sắt, chủ yếu để cung cấp nước cho các đầu máy xe

lửa chạy bằng hơi nước và nước phục vụ hành khách đi tàu

5.2.2.2 Theo chức năng phục vụ

- Hệ thống cấp nước ăn uống sinh hoạt: dùng để cung cấp nước cho các khu dân

cư nhằm đáp ứng nhu cầu ăn uống, sinh hoạt

- Hệ thống cấp nước sản xuất: dùng để cung cấp nước cho các dây chuyền công

nghệ sản xuất trong các nhà máy

- Hệ thống cấp nước chữa cháy: dùng để cung cấp lượng nước cần thiết để dập tắt

đám cháy khi có vụ cháy xảy ra

- Hệ thống cấp nước kết hợp: là sự kết hợp của hai hay nhiều hệ thống riêng biệt

thành một hệ thống chung Ví dụ, hệ thống cấp nước kết hợp giữa ăn uống, sinh hoạt và chữa cháy, hoặc có thể kết hợp cả ba chức năng phục vụ vào một hệ thống cấp nước

5.2.2.3 Theo phương pháp sử dụng

- Hệ thống cấp nước chảy thẳng: nước chỉ cấp cho một mục đích sử dụng nào đó,

sau đó thải vào mạng lưới thoát nước đô thị Thông thường hệ thống cấp nước sinh hoạt là hệ thống cấp nước chảy thẳng

- Hệ thống cấp nước tuần hoàn: thông thường được áp dụng trong công nghiệp

Nước đã sử dụng cho một mục đích nào đó, được đưa đến trạm xử lý, đồng thời bổ sung thêm một lượng nước mới do sử dụng bị thất thoát Sau khi xử lý, nước lại đưa quay trở lại phục vụ cho mục đích sử dụng

- Hệ thống cấp nước tái sử dụng: chủ yếu được áp dụng trong công nghiệp Nước

được sử dụng cho một mục đích nào đó (ví dụ như làm nguội máy móc, sản phẩm) vẫn còn sạch, chỉ có nhiệt độ tăng, sẽ được đưa vào sử dụng cho mục đích khác phù hợp (như rửa đồ hộp, chai lọ, rửa sàn )

5.2.2.4 Theo nguồn cung cấp nước

- Hệ thống cấp nước lấy nước mặt: như sông, hồ, đập, suối, kênh

- Hệ thống cấp nước lấy nước ngầm: có thể là nước ngầm mạch nông hay sâu

5.2.2.5 Theo phương pháp vận chuyển nước

- Hệ thống cấp nước có áp: có máy bơm bơm nước vận chuyển trong đường ống

có áp Loại này rất phổ biến

- Hệ thống cấp nước tự chảy: lợi dụng địa hình, cho nước tự chảy trong ống hoặc

máng Tự chảy có thể là tự chảy có áp nếu là chảy đầy ống và tự chảy không áp, thường là chảy trong máng hở

5.2.2.6 Theo phương pháp chữa cháy

- Hệ thống cấp nước có hệ thống chữa cháy áp suất cao: có áp suất tự do cần

thiết của vòi phun chữa cháy đặt tại điểm cao nhất ở ngôi nhà cao nhất không nhỏ

hơn 10m với lưu lượng tính toán của vòi là 5l/s

- Hệ thống cấp nước có hệ thống chữa cháy áp suất thấp: có áp suất tự do trên

mạng lưới cấp nước chữa cháy không được nhỏ hơn 10m tính từ mặt đất

5.2.3 Tiêu chuẩn, chế độ dùng nước và quy mô công suất của trạm cấp nước

5.2.3.1 Tiêu chuẩn dùng nước

- Tiêu chuẩn dùng nước là thông số rất cơ bản khi thiết kế hệ thống cấp nước Nó

dùng để xác định quy mô hay công suất cấp nước cho đô thị, khu dân cư, khu công nghiệp, xí nghiệp

Tiêu chuẩn dùng nước có nhiều loại: tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của người dân, tiêu chuẩn nước sinh hoạt của công nhân trong khi làm việc, tiêu chuẩn tắm của công nhân trong phân xưởng nóng và phân xưởng bình thường sau khi tan ca, tiêu chuẩn nước sản xuất, chữa cháy, nước tưới, v.v

- Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau: mức độ

trang bị kỹ thuật vệ sinh bên trong nhà của dân cư, điều kiện khí hậu địa phương, điều kiện kinh tế của khu vực, phong tục tập quán, v.v

- Tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy phụ thuộc vào quy mô dân số của đô thị, mức

độ chịu lửa cũng như khối tích của nhà, v.v

- Tiêu chuẩn dùng nước sản xuất phụ thuộc vào loại sản phẩm của sản xuất và

tính chất của dây chuyền công nghệ sản xuất Tiêu chuẩn này rất khác nhau đối với các xí nghiệp công nghiệp hoặc các phân xưởng khác nhau

Do lượng nước tiêu thụ tính theo đầu người khác nhau và thay đổi theo mùa (chẳng hạn, mùa hè dùng nhiều hơn mùa đông) cho nên khi thiết kế hệ thống cấp

nước người ta thường dùng tiêu chuẩn dùng nước tính toán để xác định công suất

cấp nước

- Tiêu chuẩn dùng nước tính toán là lượng nước tiêu thụ trung bình của một người

trong một ngày đêm của ngày dùng nước lớn nhất so với các ngày khác trong năm

- Chế độ dùng nước biểu thị lượng nước sử dụng thay đổi theo thời gian

Để biểu thị sự dùng nước không đều giữa các ngày trong năm người ta đưa khái

niệm hệ số không điều hòa ngày Kng

Tỷ số giữa lượng nước tiêu thụ của ngày dùng nước lớn nhất và nhỏ nhất so với

ngày dùng nước trung bình trong năm được gọi là hệ số không điều hoà ngày lớn

nhất Kng max và hệ số không điều hoà ngày nhỏ nhất Kng min Thông thường Kng max dao động trong khoảng 1,3  1,4

Lượng nước tiêu thụ từng giờ trong ngày đêm cũng rất khác nhau (ban ngày vào giờ cao điểm tiêu thụ nhiều, ban đêm tiêu thụ ít ) Do đó, người ta còn đưa ra khái

niệm hệ số không điều hòa giờ Kh

Tỷ số giữa lượng nước tiêu thụ của giờ dùng nước lớn nhất và nhỏ nhất so với giờ

dùng nước trung bình trong ngày đêm được gọi là hệ số không điều hoà giờ lớn nhất

Kh max và hệ số không điều hoà giờ nhỏ nhất Kh min Hệ số Kh max thường dao động trong khoảng 1,3  1,7 tùy thuộc vào quy mô thành phố Thành phố có hệ số Kh maxnhỏ thì chế độ dùng nước khá điều hòa và ngược lại

Khi lập bảng thống kê lưu lượng nước cho một thành phố có thể tham khảo số liệu thống kê về chế độ tiêu thụ nước của một khu dân cư có điều kiện tương đương với khu vực tính toán

Tỷ số giữa lượng nước tiêu thụ của giờ dùng nước lớn nhất trong ngày dùng nước lớn nhất so với giờ dùng nước trung bình trong ngày dùng nước trung bình được gọi

là hệ số không điều hoà chung Kc (Kc = Kng max × Kh max)

Theo TCXD 33:2006[50], tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt cho các khu dân cư đô

thị xác định theo bảng 5.2:

Bảng 5.2 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt

và hệ số K h max cho các khu dân cư đô thị

Mức độ tiện nghi của nhà ở

trong các khu dân cư đô thị

Tiêu chuẩn dùng nước ngày trung bình, l/ng/ngđ K h max

1 Nhà không trang thiết bị vệ sinh,

2 Nhà chỉ có vòi nước, không có thiết bị vệ sinh

3 Nhà có hệ thống cấp thoát nước bên trong

5 Nhà có hệ thống cấp thoát nước bên trong, có

Ghi chú:

- Hệ số không điều hòa Kng max = 1,31,4

- Tiêu chuẩn dùng nước bao gồm cả lượng nước công cộng trong các khu nhà ở

Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của công nhân sản xuất tại xí nghiệp thường được

xác định qua điều tra ở các xí nghiệp tương tự, hoặc có thể tạm lấy theo bảng 5.3:

Bảng 5.3 Tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt và hệ số không điều hòa

trong các xí nghiệp công nghiệp

Loại phân xưởng Tiêu chuẩn dùng

nước (l/ng/ca) K h max

Ghi chú:

- Lượng nước tắm cho công nhân sau giờ làm việc có thể lấy là:

+ 40 lít cho 1 lần tắm đối với công nhân làm việc trong các phân xưởng bình thường

+ 60 lít cho một lần tắm đối với công nhân làm việc trong các phân xưởng nóng

- Tỷ lệ số công nhân tắm trong các phân xưởng tùy thuộc vào loại sản xuất, tính chất của

công việc, có thể tham khảo số liệu của chuyên gia công nghệ và các số liệu điều tra thực tế

của các phân xưởng tương tự

- Thời gian tắm sau mỗi ca sản xuất thường kéo dài 45 phút với lưu lượng nước tính toán

cho mỗi vòi hoa sen sơ bộ tính là 500l/h

Theo TCVN 2622:1995, tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy cho các khu dân cư

theo số đám cháy đồng thời, lấy theo bảng 5.4

Tiêu chuẩn dùng nước tưới đường có thể lấy 0,5 1,0 l/m2/ngđ

Tiêu chuẩn dùng nước sản xuất lấy theo yêu cầu của từng loại hình sản xuất, có

thể tham khảo các bảng lập theo kinh nghiệm hoặc tham khảo số liệu từ bản thiết kế

dây chuyền công nghệ

Chế độ dùng nước là số liệu rất quan trọng khi thiết kế một hệ thống cấp nước

Nó được dùng để lựa chọn chế độ làm việc của trạm bơm cũng như để xác định

dung tích các bể chứa, đài nước Chế độ dùng nước thay đổi phụ thuộc vào điều kiện

khí hậu, chế độ làm việc, nghỉ ngơi của con người, chế độ hoạt động của nhà máy

và được xác định trên cơ sở phân tích số liệu điều tra thống kê thực tế các hệ thống

cấp nước đã có và được trình bày bằng bảng sắp xếp lượng nước tiêu thụ theo từng

giờ trong ngày đêm (gọi là biểu đồ dùng nước)

Bảng 5.4 Tiêu chuẩn dùng nước chữa cháy cho các khu dân cư theo số đám cháy đồng thời

Lưu lượng cho một đám cháy, l/s Nhà hai tầng

với bậc chịu lửa

Số dân

(1000)

Số đám

cháy đồng thời I, II, III IV

Nhà hỗn hợp các tầng, không phụ thuộc bậc chịu lửa

Nhà ba tầng, không phụ thuộc bậc chịu lửa

5.2.3.2 Lưu lượng tính toán, công suất trạm cấp nước

a) Lưu lượng nước cho các khu dân cư:

1000

N.q

QDC tb ngd

1000

N.qK

1000

N.q

QDC tb ngmaxngd

c

DC ngd tb max h

DC ngd max DC

h

24

QK

Q

DC h max DC

s max

h max

Q , DC

s max

Q - lần lượt là lưu lượng tính toán lớn nhất ngày, giờ, giây;

qtb - tiêu chuẩn dùng nước trung bình (l/ng/ngđ);

q- tiêu chuẩn dùng nước tính toán ngày dùng lớn nhất (l/ng/ngđ);

N - số người được cấp nước (ng)

b) Lưu lượng rửa đường, tưới cây

Lưu lượng nước rửa đường, tưới cây được xác định theo công thức:

t t t

t ngd

1000

F.q.10000

T

Q

Q t ngd h

trong đó:

Qt ngđ - lưu lượng nước rửa đường, tưới cây ngày (m3/ngđ);

Qth - lưu lượng nước tưới đường, tưới cây giờ (m3/h);

qt - tiêu chuẩn nước tưới đường, tưới cây (l/m2ngđ);

Ft - diện tích cần tưới (ha);

T - thời gian tưới trong một ngày đêm (h)

Thông thường, tưới đường bằng máy 8 giờ đến 16 giờ; tưới cây, hoa, thảm cỏ

bằng tay từ 5 giờ đến 8 giờ và 16 giờ đến 19 giờ hàng ngày

c) Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân

Lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân khi làm việc tại nhà máy xác định theo công thức:

sh ngd

q N q NQ

sh h

0

QQ

Q , CN

h sh

Q - lưu lượng nước sinh hoạt của công nhân trong một ngày đêm, một ca, một giờ;

qn, ql - tiêu chuẩn dùng nước sinh hoạt của công nhân phân xưởng nóng và

lạnh (l/ng/ca);

N1, N2 - số công nhân phân xưởng nóng và lạnh của nhà máy;

N3, N4 - số công nhân phân xưởng nóng và lạnh trong từng ca;

T0 - số giờ làm việc trong một ca

d) Lưu lượng nước tắm của công nhân

Lưu lượng nước tắm của công nhân tại xí nghiệp xác định theo công thức:

CN n 1 tam ca

ca tam

60 và 40 - tiêu chuẩn nước tắm của một lần cho một công nhân trong các

phân xưởng nóng và phân xưởng bình thường;

Nn, N1 - số công nhân tắm trong các phân xưởng nóng và phân xưởng bình

thường, lấy theo số liệu điều tra thực tế hoặc của đơn vị cung cấp;

C - số ca làm việc của nhà máy trong một ngày đêm

e) Lưu lượng nước sản xuất

Lưu lượng nước sản xuất trong một ngày đêm của nhà máy được xác định trên cơ

sở công suất hay số lượng sản phẩm nhà máy sản xuất ra trong một ngày đêm và tiêu

chuẩn dùng nước cho một đơn vị sản phẩm [công thức (5.32)] Cũng có thể lấy theo

kinh nghiệm của nhà máy tương tự hoặc theo dây chuyền công nghệ sản xuất Từ đó

xác định lưu lượng nước sản xuất giờ [công thức (5.33)]

1000

Pm

QSX ngd



T

KPm

QSX 1 h max h

Q - lưu lượng nước cho sản xuất giờ (m3/h);

m - mức tiêu thụ nước cho một đơn vị sản phẩm (l/tấn, l/sản phẩm );

P - khối lượng sản phẩm trong ngày (tấn, sản phẩm );

P1 - khối lượng sản phẩm trong ca lớn nhất (tấn, sản phẩm );

T - thời gian làm việc tối đa trong ca, (h)

f) Công suất cấp nước của toàn khu vực

Công suất cấp nước của toàn khu vực Q thường được xác định theo công thức:

 DC CN CN 

Q a.Q Q Q Q Q b.c, m3/ngđ (5.14) trong đó:

a - hệ số kể đến lượng nước dùng cho công nghiệp địa phương, tiểu thủ công nghiệp và các dịch vụ khác nằm xen kẽ trong khu dân cư, có thể lấy a = 1,1;

b - hệ số kể đến lượng nước rò rỉ, đối với hệ thống cấp nước mới, b = 1,11,15;

c - hệ số kể đến lượng nước dùng cho bản thân trạm cấp nước (rửa các bể lắng, bể lọc ); có thể lấy c = 1,051,1; lấy trị số lớn khi công suất nhỏ

tam

Q Q sx

Ga cảng (m 3 )

Rò

rỉ (m 3 ) (m 3 ) %

0-1 1-2

Từ bảng thống kê lưu lượng nước tiêu thụ của thành phố có thể xác định được lượng nước tiêu thụ từng giờ trong ngày cũng như giờ cao điểm tức là giờ dùng nước lớn nhất của thành phố để tính toán mạng lưới cấp nước và các công trình liên quan

Trong thực tế, một đô thị có nhiều khu vực dùng nước khác nhau tùy theo tính chất xây dựng và mức độ trang bị kỹ thuật vệ sinh của từng khu Khi đó lượng nước sinh hoạt cũng phải lập cho từng khu vực đó Ngoài ra, còn có nhiều xí nghiệp công nghiệp và các công trình khác cần được thống kê lượng nước tiêu thụ từng giờ cho từng xí nghiệp và từng công trình đó

Sau khi lập bảng tổng hợp lưu lượng nước toàn thành phố, ta có thể căn cứ vào kết quả của cột cuối cùng để lập biểu đồ chế độ tiêu thụ nước của thành phố (hình 5.14) Kết quả của bảng tổng hợp lưu lượng và biểu đồ được dùng để tính toán chọn chế độ làm việc của trạm bơm cấp II và xác định dung tích điều hòa của bể chứa nước sạch, đài nước và chọn giờ dùng nước nước nhất để tính toán thủy lực mạng lưới cấp nước thành phố Từ biểu đồ này ta có thể dễ dàng tìm được hệ số không điều hòa giờ Kh max và Kh min

Hình 5.14 Biểu đồ dùng nước của đô thị trong ngày đêm

Chương 6 THỦY NĂNG VÀ TRẠM THUỶ ĐIỆN

6.1 MỞ ĐẦU

Thủy điện là nguồn điện có được từ việc khai thác năng lượng nước (thủy năng)

Đa số năng lượng thủy điện có được từ thế năng của nước được tích tại các đập nước làm quay một tuabin nước (tuabin thủy lực) và máy phát điện Để có được áp suất cao nhất, nước cung cấp cho một tuabin nước được cho chảy qua một ống lớn gọi là ống dẫn nước có áp (penstock) Năng lượng khi nước chảy xuống (thế năng) được

sử dụng trực tiếp làm quay tuabin để phát điện Trong chương này sẽ giới thiệu một

cách tổng quan về thủy năng, trạm thủy điện và sự cần thiết của nước để sản xuất năng lượng nói chung và nước cho phát điện nói riêng

Công trình thủy điện là một công trình sử dụng năng lượng nước để phát điện, tùy thuộc vào phương thức, vị trí, chủng loại thiết bị khai thác mà ta có trạm thủy điện ngang đập, sau đập, đường dẫn, tuabin trục đứng, trục ngang, thủy triều…

 Một công trình thủy điện thông thường bao gồm:

- Hệ thống công trình đầu mối làm nhiệm vụ tập trung nguồn nước, năng lượng nước cho việc phát điện gồm

+ Đập dâng nước, hồ chứa;

+ Công trình xả lũ;

+ Các công trình lợi dụng tổng hợp nguồn nước bố trí ở tuyến đập

- Công trình trạm thủy (TTĐ) điện bao gồm:

+ Cửa lấy nước;

+ Hệ thống dẫn nước;

+ Nhà máy thủy điện (Các công trình trên tuyến năng lượng)

6.2 KHÁI NIỆM VỀ THỦY NĂNG

Thủy năng là năng lượng tiềm tàng trong nước, việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng này thực sực có ý nghĩa vô cùng to lớn trong phát triển kinh tế xã hội, như việc khai thác thủy năng để sản xuất điện năng Cụ thể, tại các dòng sông, dòng suối có nguồn năng lượng rất lớn và khai thác một cách dễ dàng, tuy nhiên năng lượng tiềm tàng này thường ngày bị tiêu hao một cách vô ích vào việc khắc

phục những trở lực trên đường chuyển động, ma sát nội bộ, bào mòn xói lở bờ sông

và lòng sông, vận chuyển phù sa bùn cát và các vật rắn Nước ta ở vùng nhiệt đới, mưa nhiều, lượng mưa thường từ 1500 - 2000 mm/năm Có những vùng như Hà Giang, dọc Hoàng Liên Sơn, Tây Côn Lĩnh, Tây Nguyên… lượng mưa đến 4000 - 5000mm/năm với nguồn nước rất phong phú cho thấy có một nguồn năng lượng tiềm tàng là rất lớn [55]

6.2.1 Trữ lượng thủy năng cho một con sông

Muốn tính trữ lượng thủy năng cho một con sông ta dựa trên lưu lượng dòng chảy

và cột nước của từng đoạn sông trên dòng sông đó Chúng ta có thể mô tả năng lượng này dựa vào công thức tổng quát sau đây:

trong đó: Q - lưu lượng của từng đoạn đã trừ đi mọi tổn thất;

H - cột nước của từng đoạn đã trừ đi mọi tổn thất

Công thức (6.1) được coi là công thức cơ bản nhất để tính toán thủy năng hay phương trình cơ bản để tính toán thủy năng và thường được áp dụng nhiều trong công tác quy hoạch, khảo sát, điều tra trữ lượng thủy năng tiềm tàng của sông ngòi Trong thực tế khảo sát, điều tra trữ lượng thủy năng, người ta thường dùng công thức (6.1) còn điện năng chỉ cần nhân thêm với thời gian (t) là được Để xác định được trữ lượng thủy năng trên dòng sông thì việc điều tra, khảo sát và thu thập số liệu cần được tiến hành theo trình tự các bước, cụ thể các bước được tiến hành theo trình tự sau:

6.2.1.1 Điều tra, khảo sát và thu thập tài liệu

 Nguyên tắc phân đoạn:

Ta biết, muốn tính công suất, phải biết lưu lượng (Q) và cột nước (H) của từng đoạn Do vậy khi phân đoạn cần tuân theo một số nguyên tắc như sau: (i) Phân đoạn tuần tự từ thượng nguồn đến cửa sông; (ii) Phân đoạn ở những nơi có lưu lượng và cột nước thay đổi đặc biệt như nơi có sông nhánh hoặc suối lớn chảy vào làm cho lưu lượng tăng lên rõ rệt, nơi có độ dốc lòng sông bắt đầu thay đổi đặc biệt ở những nơi có thác ghềnh thiên nhiên, nơi có địa chất thay đổi hoặc nơi có thể xây dựng được công trình Đó là 2 nguyên tắc cơ bản của việc phân đoạn, ngoài ra khi chọn mặt cắt phân đoạn còn phải lưu ý những vị trí thuận tiện và có lợi cho việc khai thác, nơi có khả năng chọn làm tuyến xây dựng công trình thủy điện sau này

6.2.1.2 Cách tiến hành điều tra khảo sát và thu thập tài liệu

Trước khi đi thực địa nên sơ bộ nghiên cứu địa hình trên bản đồ tỉ lệ 1/100.000; 1/50.000 hay 1/25.000 Dự kiến sơ bộ những vị trí cần bố trí phân đoạn, định ra

hành trình, bố trí kế hoạch tiến hành và các công tác chuẩn bị cần thiết khác Quá

trình đi thực địa nhiều khi phải thay đổi vị trí đã vạch hoặc định thêm một số vị trí

phân đoạn Nguyên nhân là do bản đồ đo đạc không đầy đủ các chi tiết, hoặc do đã

lâu dưới tác động của thiên nhiên và con người đã có thay đổi

6.2.2 Xác định lưu lượng bình quân dòng chảy

Trước hết phải tiến hành đo đạc cao trình đáy sông (suối) dọc theo chiều dòng

chảy, nhất là tại các mặt cắt phân đoạn, vẽ quan hệ giữa cao trình đáy (Z) và chiều dài

sông (L) Đồng thời cũng tại mỗi mặt cắt phân đoạn đó tiến hành đo đạc thủy văn, kết

hợp với các số liệu quan trắc khí tượng khác, nắm chắc tình hình lưu vực, để tính

được lưu lượng bình quân chảy qua từng mặt cắt Ở đây có thể xác định lưu lượng

bình quân theo hai cách như có thể bằng trị số trung bình nhiều năm hoặc lấy bằng lưu

lượng bình quân năm của trạm thủy văn có tần suất p = 50% Ngoài ra, khi cần thiết ta

có thể tính trữ lượng thủy năng cho những năm ít nước với tần suất 90%, 95% v.v…

Từ các số liệu lưu lượng trên ta vẽ được quan hệ giữa lưu lượng với chiều dài sông

Lưu ý, tại những vị trí thuận lợi cho việc xây dựng công trình thủy điện nếu tài liệu

thủy văn nói trên còn thiếu thì phải bố trí các trạm quan trắc bổ sung để giúp cho việc

đánh giá trữ lượng thủy năng cũng như tính toán thiết kế sau này được chính xác

6.3 ĐÁNH GIÁ TRỮ NĂNG DÒNG CHẢY

6.3.1 Đánh giá năng lượng nguồn nước

Năng lượng khai thác từ nguồn nước chủ yếu là cơ năng của dòng chảy mặt

(sông, suối), của thủy triều và của các dòng hải lưu Theo B.Xlebinger trữ lượng

thủy năng và công suất phát điện trên thế giới rất lớn được thống kê trong bảng 6.1

Mật độ công suất (kW/km 2 )

Thống kê công suất lắp đặt và năng lực phát điện của các vùng trên thế giới theo

bảng 6.2 dưới đây:

Bảng 6.2: Công suất và năng lực phát điện của các nhà máy thủy điện (1990)

Khu vực Công suất

lắp đặt (10 3 MW) %

Năng lực (10 6 MWh/năm) %

Tại Việt Nam, theo một số tài liệu nghiên cứu, nước ta có trên 1000 con sông suối

(chiều dài > 10km) với trữ năng tiềm tàng khoảng 260 - 280 tỷ kWh Trong đó các

lưu vực sông Đà, sông Lô-Gâm và sông Đồng Nai có nguồn năng lượng lớn nhất

Đánh giá trữ năng kinh tế kỹ thuật ở Việt Nam được thống kê trong bảng 6.3 [55]:

Bảng 6.3: Trữ năng kỹ thuật các lưu vực lớn ở Việt Nam

Lưu vực

sông

Diện tích (km 2 )

Số công trình

Tổng công suất (MW)

Điện lượng (GWh)

Hiện nay việc xây dựng các trạm thủy điện vừa và nhỏ ở Việt Nam phát triển

nhiều, một số trạm thủy điện điển hình lớn được thống kê trên bảng 6.4:

Bảng 6.4 Thống kê một số trạm thủy điện điển hình lớn ở Việt Nam

TT Tên

nhà máy

Công suất lắp máy (MW) TT

Tên nhà máy

Công suất lắp máy (MW)

1 Hoà Bình 1920 7 Thủy điện Hàm Thuận 300

Ở nước ta việc khai thác sử dụng cơ năng của dòng nước đã có từ lâu, nhưng chỉ

từ đầu thế kỷ thứ XX mới phát triển mạnh mẽ Lịch sử cho thấy hàng nghìn năm

về trước, tổ tiên ta cũng như một số dân tộc ở Ai Cập, Trung Quốc đã biết lợi dụng

cơ năng của sông suối để xay lúa, giã gạo và làm cọn nước để đưa nước lên cao

phục vụ nông nghiệp Thời kỳ Pháp thuộc thì ở Đà Lạt đã xây dựng trạm thủy điện

(TTĐ) trên Suối Vàng năm 1945 với công suất khoảng 3MW Trong thời gian

trước năm 1960, ở miền Bắc một số thủy điện với quy mô công suất nhỏ được xây

dựng mà lớn nhất là Thủy điện Cấm Sơn trên sông Hóa (Lạng Sơn) với công suất

lắp máy Nlm = 4800kW, trạm thủy điện nhỏ như TTĐ Bàn Thạch trên kênh gần

đập Bái Thượng (Thanh Hóa) có Nlm = 960kW được xây dựng từ năm 1959, đến

1963 thì khánh thành Một số TTĐ nhỏ (với Nlm khoảng vài trăm kW) có mặt rải

rác ở các tỉnh Lào Cai, Bắc Cạn, Lạng Sơn Những năm từ 1960 đến 1975 có 2

TTĐ quy mô lớn được xây dựng là TTĐ Đa Nhim trên sông Đa Nhim (thượng

nguồn dòng chính Đồng Nai) do người Nhật xây dựng từ 4/1961 đến 1/1964 hoàn

thành với Nlm = 160.000kW, hồ chứa 165 triệu m3, cột nước phát điện 798m TTĐ

Thác Bà trên sông Chảy (Yên Bái) được xây dựng từ năm 1960 - 1961 có Nlm =

108.000kW, hồ chứa có tổng dung tích 3,94 tỷ m3 (Do chiến tranh, quá trình thi

công gián đoạn, nên thực tế đến 5/1971 mới hoàn thành và phát cả 3 tổ máy với

công suất 108MW Năm 1986 đã chính thức nâng công suất trạm lên 120MW)

Sau năm 1975, hàng loạt các công trình thủy lợi - thủy điện lớn trên khắp miền đất

nước được xây dựng và đang chuẩn bị xây dựng Hiện nay việc xây dựng các TTĐ

vừa và nhỏ ở Việt Nam phát triển rất rầm rộ như Sơn La, Tuyên Quang, Quảng

Trị… Có thể tham khảo số liệu thống kê ở bảng 6.5[55]

Bảng 6.5: Thống kê một số TTĐ lớn ở Việt Nam, N lm > 100MW

Công suất lắp máy (MW)

Công suất lắp máy (MW)

1 Thủy điện Hoà Bình 1920 20 Thủy điện Sơn La 2400

2 Thủy điện Thác Bà 108 21 Thủy điện Sre Pok 3 220

3 Thủy điện Ialy 720 22 Thủy điện Sê San 4 360

4 Thủy điện Trị An 400 23 Thủy điện Bản Chát 220

5 Thủy điện Đa Nhim 160 24 Thủy điện Nậm Chiến 196

6 Thủy điện Thác Mơ 150 25 Thủy điện Đak Rinh 125

7 Thủy điện Hàm Thuận 300 26 Thủy điện Huội Quảng 540

8 Thủy điện Đa Mi 175 27 Thủy điện Sông Bung 4 165

9 Thủy điện Sê San 3 260 28 Thủy điện Đăk Mi 4 210

10 Thủy điện Tuyên Quang 342 29 Thủy điện Đồng Nai 5 140

11 Thủy điện Đại Ninh 300 30 TĐ Thượng Kon Tum 220

13 Thủy điện PleiKrong 110 32 Thủy điện Sông Bung 2 128

14 Thủy điện Bản Vẽ 320 33 Thủy điện Lai Châu 1200

15 Thủy điện Đồng Nai 3 180 34 Thủy điện Vĩnh Sơn 2 110

16 Thủy điện Đồng Nai 4 340 35 Thủy điện Đăk Mi 1 210

17 Thủy điện Sông Tranh 2 160 36 Thủy điện Hua Na 180

18 Thủy điện Sông Ba Hạ 220 37 Thủy điện Nho Quế 140

19 Thủy điện Buôn Kướp 280 38 Thủy điện Trung Sơn 310

6.3.2 Đánh giá trữ năng dòng chảy

Về lý luận ta tính được năng lượng tiềm tàng của đoạn sông, thực tế không thể lợi dụng được hết năng lượng đó, do các nguyên nhân sau: (1) Có thể đoạn sông nào đó không thể lợi dụng được do khó khăn về kỹ thuật, hoặc do sẽ gây ngập lụt các công trình, các mỏ khoáng sản quý, các khu dân cư lớn, các khu canh tác phì nhiêu, rừng nguyên sinh, rừng phòng hộ, rừng quốc gia… dẫn đến không thuận lợi về mặt kinh tế; (2) Mặt khác trong quá trình khai thác không thể tránh khỏi tổn thất lưu lượng do bốc hơi, rò rỉ và thấm, tổn thất cột nước khi chảy qua các công trình lấy nước và dẫn nước và máy móc thủy lực v.v… Cho nên đồng thời với việc tính toán trữ lượng

thủy năng tiềm tàng, cần tiến hành tính toán trữ lượng thủy năng có thể khai thác được (thường gọi là trữ năng kỹ thuật) Trữ năng kỹ thuật không những phụ thuộc vào điều kiện thiên nhiên của dòng sông, mà còn phụ thuộc vào trình độ kỹ thuật, hoàn cảnh kinh tế - xã hội và sơ đồ khai thác đã hợp lý hay chưa Phải thông qua tính toán kinh tế kỹ thuật mới định ra được phương án hợp lý, lợi dụng tối đa nguồn năng lượng thiên nhiên Phần trữ năng kỹ thuật khai thác ở một thời điểm nào đó có lợi về mặt kinh tế được gọi là trữ năng kinh tế

6.3.2.1 Sự chuyển hóa thủy năng để phát điện

Muốn khai thác thủy năng để phát điện, chúng ta phải xây dựng trạm thủy điện

mà công trình chủ yếu của trạm thủy điện là công trình dâng nước (đập) tạo hồ chứa, công trình tràn và xả nước thừa, công trình lấy nước và dẫn nước, các thiết bị máy móc thủy lực và cơ điện trong nhà máy của trạm thủy điện Trong quá trình khai thác có thể có các tổn thất thủy năng của trạm thủy điện thể hiện ở: (1) Tổn thất lưu lượng do bốc hơi, thấm theo các đường nước ngầm trên công trình dẫn nước, thấm qua lòng hồ, vai đập và thân đập rò rỉ qua công trình và một phần lưu lượng thừa phải xả bỏ khi lưu lượng đến nhiều mà công trình không đủ khả năng trữ, tuabin không đủ khả năng tháo lưu lượng lớn; (2) Tổn thất cột nước do hiện tượng nước dâng, tổn thất cột nước khi chảy qua cửa lấy nước, công trình dẫn nước tuabin cũng như các tổn thất khác trong máy phát điện và hệ thống truyền động Công suất của trạm thủy điện được xác định theo công thức sau:

Trong công thức (6.2) lưu lượng (Q) và cột nước (H) đã trừ đi mọi tổn thất về lưu lượng và cột nước Mặt khác để thể hiện tổn thất qua máy móc thiết bị trong công thức còn được thể hiện qua hệ số neta (η) Hệ số η được gọi là hiệu suất của trạm thủy điện Hiệu suất bao giờ cũng nhỏ hơn 1 (100%) và được thể hiện như sau:

η = ηmf.ηtb.ηtrđ trong đó: ηtb - hiệu suất tuabin;

ηmf - hiệu suất máy phát;

ηtrđ - hiệu suất truyền động Nếu tuabin và máy phát nối trực tiếp (liên tục) thì ηtrđ = 1

Công thức (6.2) có thể viết dưới dạng:

trong đó: K = 9,81.η Thông thường khi tính toán thủy năng, chưa chọn được thiết

bị, nên chưa xác định được η một cách cụ thể (vì η = f(Q,H), mà Q và

H luôn thay đổi trong quá trình vận hành) Khi tính toán thường lấy theo kinh nghiệm Trạm thủy điện lớn K = 8,7 ÷ 8,9; Trạm thủy điện vừa và nhỏ K = 8,2 ÷ 8,6; Trạm thủy điện rất nhỏ K = 7 ÷ 8,2

6.3.2.2 Nguyên lý khai thác thủy năng

Thông thường các hồ chứa sẽ được xây dựng nhằm khai thác thủy năng để phát điện, các hồ chứa được thiết kế có thể đa mục tiêu trong đó có mục tiêu phát điện, vì vậy nếu cột nước trong hồ càng cao với cùng một cấp lưu lượng xả thì sản lượng điện càng lớn Do vậy, đầu mùa lũ các hồ thủy điện sẽ được ưu tiên tích nước sớm, đến khi đỉnh lũ về, thì hồ đã đầy nước, và khi xả với tràn xả sâu thì lưu lượng xả luôn luôn lớn hơn lưu lượng lũ tự nhiên về hồ

Từ các công thức N = 9,81.η Q.H hay N = K.Q.H, ta thấy N tỉ lệ thuận với Q, H,

và η Do đó muốn tăng công suất phải tìm cách tăng Q, H, η

Việc tăng lưu lượng Q có thể dùng các biện pháp tập trung và điều tiết dòng chảy, tăng lưu lượng mùa kiệt Mặt khác có thể lấy nước từ lưu vực khác bổ sung cho lưu lượng của trạm Cột nước H thì phân bố, phân tán dọc theo chiều dài sông Do đó muốn tăng H thì phải dùng biện pháp nhân tạo bằng cách xây dựng công trình thủy lợi Ngoài ra, muốn cho công suất của trạm thủy điện phát ra lớn, phải có máy móc thiết bị tốt, có hiệu suất cao đồng thời cho trạm thủy điện vận hành trong phạm vi có hiệu suất cao

Tóm lại, muốn khai thác thủy năng, chúng ta phải giải quyết ba vấn đề: (1) Tập trung cột nước H; (2) Tập trung và điều tiết lưu lượng Q; (3) Nâng cao hiệu suất của các thiết bị cơ điện, biện pháp nâng cao hiệu suất của thiết bị máy móc như tuabin thủy lực đồng thời chọn phương thức vận hành trạm thủy điện một cách hợp lý sẽ đem lại hiệu quả cao không chỉ về mặt năng lượng mà còn cả về hiệu suất

6.4 CÁC TÀI LIỆU CƠ BẢN PHỤC VỤ ĐÁNH GIÁ NĂNG LƯỢNG

6.4.1 Mục đích và nhiệm vụ tính toán thủy năng

Mục đích cuối cùng của tính toán thủy năng là dựa vào tình hình dòng chảy đến của thiên nhiên, yêu cầu dùng điện của các hộ, tính năng điều tiết của hồ chứa, đặc tính thay đổi cột nước của trạm thủy điện và mực nước thượng hạ lưu xét đến yêu cầu và ảnh hưởng của các ngành…, nghiên cứu xem xét trong phạm vi có thể làm thế nào để lợi dụng được triệt để nhất, hợp lý nhất nguồn tài nguyên thủy lợi của sông ngòi Tuỳ điều kiện cụ thể mà nhiệm vụ tính toán thủy năng có khác nhau Tính toán thủy năng có thể chia làm 2 trường hợp sau:

- Trường hợp trạm thủy điện đã xây dựng xong, hiện đang vận hành: Lúc này các

thông số chủ yếu của trạm thủy điện như mực nước dâng bình thường (MNDBT), độ sâu công tác có lợi của hồ chứa (hoct), công suất lắp máy (Nlm)… đã được xác định Trong trường hợp này nhiệm vụ tính toán thủy năng là xác định phương thức vận hành có lợi nhất cho trạm thủy điện, từ đó xây dựng kế hoạch vận hành có hiệu quả nhất cho trạm Loại tính toán thủy năng này là nhiệm vụ chủ yếu của ngành quản lý vận hành hệ thống điện lực và trạm thủy điện

- Trường hợp tính toán thủy năng đối với trạm thủy điện đang quy hoạch hay đang thiết kế: Nhiệm vụ tính toán thủy năng trong trường hợp này là dựa vào lưu

lượng thiên nhiên đến, yêu cầu dùng điện của các hộ, các ngành và các nơi dùng nước có liên quan khác để chọn ra các thông số có lợi nhất của trạm thủy điện đang thiết kế Loại tính toán thủy năng này là một bộ phận quan trọng trong công tác thiết

kế trạm thủy điện

Để tính toán các thông số có lợi nhất của trạm thủy điện, phải tiến hành tính toán hàng loạt các phương án với việc giả định hàng loạt các trị số thông số khác nhau Quá trình tính toán thủy năng đối với những phương án đó mới chỉ định ra được các chỉ tiêu động năng chủ yếu như công suất bảo đảm (Nbđ), điện năng bình quân năm (Enăm)… của mỗi phương án Phải thông qua so sánh các phương án, mới chọn được phương án có lợi về kinh tế, hợp lý về kỹ thuật, từ đó mới xác định các thông số có lợi nhất của trạm thủy điện Tức là phải thông qua so sánh kinh tế một cách toàn diện về các kết quả tính toán thủy năng và tính toán kinh tế các phương án

6.4.2 Các tài liệu cơ bản cho tính toán đánh giá thủy năng

6.4.2.1 Tài liệu thủy văn - khí tượng

- Có thể thu thập tài liệu thủy văn của một dãy năm hay cả liệt năm thủy văn, tuỳ theo quy mô và tầm quan trọng của công trình mà số liệu thủy văn thu thập nhiều hay ít Tuy nhiên tối thiểu phải có tài liệu thủy văn của 3 năm điển hình ứng với các tần suất (P) như sau: (i) Năm ít nước hay năm kiệt thiết kế, đây là năm có mức đảm bảo bằng với mức đảm bảo thiết kế (Ptk); (ii) Năm trung bình nước tương ứng với mức đảm bảo P = 50%; (iii) Năm nhiều nước tương ứng với mức đảm bảo

P = 100%  Ptk Tóm lại, tài liệu thủy văn phải có để ta xây dựng được quan hệ quá trình dòng chảy tự nhiên (Qtn~t)

- Tài liệu về tổn thất lưu lượng như: (i) Tài liệu bốc hơi; (ii) Tài liệu thấm: thấm qua thân đập, qua lòng hồ Khả năng thấm phụ thuộc vào địa chất và kết cấu công trình và thường người ta đưa ra hệ số thấm

- Tài liệu về dòng chảy bùn cát đến tuyến công trình

6.4.2.2 Tài liệu về nhu cầu dùng nước của các ngành tham gia

Yêu cầu dùng nước tổng hợp của tất cả các ngành Qth(t) như: Nông nghiệp, công nghiệp, sinh hoạt, thương mại, giao thông thủy,

6.4.2.3 Tài liệu địa hình

Tài liệu về bình đồ tổng thể công trình, từ đó biết được sơ đồ khai thác, vị trí các hạng mục công trình và các công trình khác tham gia lợi dụng tổng hợp hoặc các công trình chuyển nước,… Quan hệ đặc trưng lưu vực lòng hồ như Ztl~V; Ztl~F; và F~V Các tài liệu này đo trên bình đồ địa hình lòng hồ, tuỳ theo giai đoạn thiết kế công trình mà yêu cầu tỷ lệ bình đồ tổng thể công trình khác nhau

6.4.2.4 Tài liệu quan hệ về mực nước hạ lưu

Khi các trạm thủy điện làm việc trong bậc thang: (1) Khi mực nước thượng lưu của hồ phía dưới có ảnh hưởng đến công trình phía trên thì đường quan hệ mực nước

hạ lưu (Zhl) cần phải xét đến cao trình mực nước thượng lưu hồ phía sau (Ztl), có xét đến hiện tượng nước dâng như: Zhlj~(Qhlj; Ztlj+1); (2) Khi tính toán lưu lượng Q ta tính từ hồ phía trên xuống hồ phía dưới nhưng muốn tính toán được cột nước H thì phải tính từ hồ phía dưới lên hồ phía trên

6.5 BIỆN PHÁP KHAI THÁC THỦY NĂNG

Như đã được trình bày, để khai thác thủy năng thông thường người ta xây dựng hồ chứa nhằm nâng cao đầu nước, trữ nước mùa lũ, xả trong mùa kiệt để phát điện Về lý thuyết, nếu quản lý tốt theo một quy trình hợp lý thì lưu lượng bình quân trong mùa lũ

xả về hạ du sẽ giảm và lưu lượng trung bình trong mùa kiệt sẽ gia tăng (Theo Lars Ribbe và Alexandra Nauditt ở Đại học Cologne-Đức thì lưu lượng bình quân mùa lũ

có thể giảm 6 - 16%, lưu lượng bình quân mùa kiệt có thể tăng 10 - 50%) Đồng thời thủy điện là loại hình sản xuất năng lượng sạch, suất đầu tư không cao, hiệu quả kinh

tế lớn góp phần làm động lực phát triển kinh tế cho các quốc gia trong vùng Tuy nhiên, việc khai thác năng lượng nước cho trạm thủy điện phụ thuộc nhiều vào cột nước khai thác, việc phân loại cột nước được phân theo 3 loại cơ bản sau: